O Modbus é um protocolo de comunicação crucial na automação industrial, e a sua importância tem-se estendido a diversas aplicações, incluindo o carregamento de veículos elétricos. Imagine que tem vários dispositivos numa fábrica, como sensores, motores e outros equipamentos, e precisa que se comuniquem entre si para coordenar as suas ações. Para conseguir isso, é necessário um idioma comum que todos entendam, e é aqui que o Modbus entra.

Modbus: O que é e como funciona

A capacidade do Modbus para facilitar a comunicação entre dispositivos eletrónicos de forma eficiente e fiável faz dele uma ferramenta essencial para optimizar a funcionalidade dos nossos carregadores de carros elétricos. A sua utilização assegura que os dispositivos possam comunicar e operar em harmonia, melhorando tanto a eficiência quanto a segurança dos sistemas de carregamento.

O Modbus é um protocolo de comunicação, que é basicamente um conjunto de regras que permite que os dispositivos troquem informações. É como uma língua comum que permite que diferentes tipos de equipamentos eletrónicos se entendam entre si.

A história do Modbus

O Modbus foi criado pela Modicon (agora parte da Schneider Electric) no final dos anos 70, sendo um protocolo de comunicação aberto utilizado para a transmissão de informações através de redes seriais entre dispositivos eletrónicos.

Numa rede Modbus, o dispositivo que solicita informações é denominado mestre, enquanto os dispositivos que respondem a essas solicitações são conhecidos como escravos. Este sistema mestre-escravo permite uma comunicação eficiente e estruturada, onde o mestre controla a rede e os escravos respondem aos seus comandos.

Tipos de Modbus e como funcionam

Dependendo das necessidades do projeto e dos dispositivos entre os quais se deseja fazer a interconexão, utilizam-se diferentes tipos de protocolos Modbus. Abaixo, explicamos os tipos de Modbus mais utilizados.

Conexão na placa Trydan para Modbus

O que é o Modbus RTU (Remote Terminal Unit) e como funciona?

O Modbus RTU é uma versão do protocolo Modbus que utiliza codificação binária e uma verificação de erros robusta através de CRC (Cyclic Redundancy Check). Este protocolo é amplamente utilizado em aplicações industriais devido à sua simplicidade e fiabilidade. Os dados são transmitidos em bytes de 8 bits através de conexões seriais, com velocidades que variam de 1.200 a 11.5200 bits por segundo, embora a maioria dos dispositivos opere a velocidades de até 38.400 bits por segundo.

Numa rede Modbus RTU, um mestre controla a comunicação com um ou mais escravos, cada um identificado por um endereço único. O mestre envia mensagens que incluem o endereço do escravo destinatário, e os escravos respondem apenas se reconhecerem o seu endereço. Esta estrutura permite uma comunicação organizada e eficiente, reduzindo erros e melhorando a fiabilidade dos sistemas de automação. Por exemplo, na V2C realizamos a conexão Modbus RTU com Trydan.

Aqui estão as suas características:

• Transmissão série: Utiliza linhas de comunicação série, como RS-232, RS-485, etc.
• Formato de mensagem compacto: As mensagens são compactas, o que permite uma transmissão mais rápida e eficiente.
• Modo binário: Os dados são transmitidos em formato binário, o que significa que se usam bits (0s e 1s).

Vantagens do Modbus RTU:

• Ideal para distâncias curtas a médias.
• Simples e económico para instalações pequenas ou médias.

Limitações do Modbus RTU:

• Limitações de distância e velocidade.
• Número limitado de dispositivos que podem ser conectados numa mesma linha de comunicação.

O que é Modbus RS-485 (Recommended Standard 485) e como funciona?

O Modbus RS-485 é uma implementação do protocolo Modbus que utiliza o padrão de comunicação RS-485 para a transmissão de dados. O RS-485 é um padrão de comunicação série que se destaca pela sua capacidade de permitir longas distâncias e múltiplos dispositivos numa única linha de comunicação.

Em comparação com outros padrões, o RS-485 oferece vantagens significativas em termos de robustez e flexibilidade. Permite que a comunicação ocorra em distâncias de até 1.200 metros e suporta velocidades de transmissão que variam de 300 a 10.000 bits por segundo, adaptando-se às diferentes necessidades das aplicações industriais.

Numa rede Modbus RS-485, a estrutura de comunicação costuma ser mestre-escravo, semelhante à do Modbus RTU. O dispositivo mestre controla a rede e envia mensagens a um ou vários dispositivos escravos, cada um com um endereço único. Os dispositivos escravos respondem apenas às solicitações dirigidas ao seu endereço específico, permitindo uma comunicação ordenada e eficiente.

Aqui estão as suas características principais:

• Transmissão diferencial: O RS-485 utiliza linhas de transmissão diferencial, o que aumenta a resistência a interferências e melhora a qualidade do sinal em distâncias longas.
• Multiponto: Suporta a conexão de múltiplos dispositivos (até 32 na maioria das configurações) numa única linha de comunicação, facilitando a expansão da rede.
• Velocidades ajustáveis: As velocidades de transmissão podem ser ajustadas conforme as necessidades do sistema, proporcionando flexibilidade na configuração da rede.

Exemplo de como o Trydan comunica com este tipo de Modbus

Vantagens do Modbus RS-485:

• Comunicação a longa distância: Ideal para aplicações que requerem a transmissão de dados a longas distâncias sem perda significativa de qualidade.
• Capacidade de conectar múltiplos dispositivos: Permite a conexão de numerosos dispositivos numa única linha de comunicação, simplificando a infraestrutura da rede.
• Resistência a interferências: A transmissão diferencial reduz o impacto das interferências electromagnéticas, melhorando a fiabilidade em ambientes industriais.

Limitações do Modbus RS-485:

• Complexidade na configuração: A implementação de redes RS-485 pode ser mais complexa em comparação com outros padrões devido à necessidade de terminação e polarização adequada das linhas.
• Velocidades máximas variáveis: Embora ofereça flexibilidade na velocidade, distâncias longas podem limitar a velocidade máxima alcançável.

O que é Modbus TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) e como funciona?

O Modbus TCP foi desenvolvido para tirar partido das infraestruturas de rede LAN existentes, permitindo a comunicação através de redes Ethernet. Atualmente é utilizado para qualquer conexão entre dispositivos que estão conectados à internet.

Este protocolo encapsula as mensagens Modbus RTU em pacotes TCP, o que facilita a sua transmissão em redes Ethernet padrão. Uma das principais vantagens do Modbus TCP é a sua capacidade de conectar um número ilimitado de dispositivos, graças ao uso de endereços IP em vez das limitações de endereçamento dos protocolos seriais.

Neste contexto, o Modbus TCP redefine a relação mestre-escravo em termos de cliente-servidor, permitindo uma comunicação mais flexível e escalável. Os dispositivos podem actuar como clientes ou servidores, facilitando a integração de múltiplos sistemas e melhorando a eficiência das comunicações em redes industriais.

Aqui estão as suas características:

• Transmissão por Rede: Os dados são enviados através de redes Ethernet, como as que utiliza para se conectar à Internet.
• Formato de Mensagem: As mensagens são encapsuladas em pacotes TCP/IP, que é um padrão de comunicação em redes.
• Conexões IP: Cada dispositivo tem um endereço IP único, como um endereço numa cidade.

Vantagens:

• Ideal para longas distâncias e redes grandes.
• Maior velocidade de comunicação.
• Fácil integração com outras redes e sistemas.

Desvantagens:

• Pode ser mais dispendioso devido à infraestrutura de rede.
• Requer conhecimentos mais avançados para configurar e manter.

O que é Modbus ASCII e como funciona?

O Modbus ASCII é uma versão mais antiga do protocolo que utiliza caracteres ASCII imprimíveis para representar os dados. Embora este protocolo tenha sido em grande parte substituído pelo Modbus RTU e TCP, ainda é utilizado em algumas aplicações específicas onde a legibilidade dos dados é uma prioridade. A estrutura da mensagem em Modbus ASCII é semelhante à do RTU, mas todos os dados são expressos em formato hexadecimal, o que facilita a análise manual das comunicações.

O que é Modbus Plus e como funciona?

O Modbus Plus é um protocolo de rede de alta velocidade baseado na comunicação através de um barramento de tokens. Este protocolo é um sistema completo que inclui tanto a camada física quanto a camada de enlace de dados, permitindo uma comunicação determinística e de alta fiabilidade em aplicações industriais. O Modbus Plus utiliza o padrão RS485 para a camada física e o protocolo HDLC para a camada de enlace de dados, transmitindo dados a velocidades de até 1 Mbps.

Componentes básicos del protocolo Modbus

Mestre e escravos

• Mestre: É o dispositivo que inicia as solicitações e controla a comunicação. Por exemplo, um computador que supervisiona os dados.
• Escravos: São os dispositivos que respondem às solicitações do mestre. Podem ser sensores, actuadores, etc.

Mensagens Modbus

Os dados são enviados em pacotes chamados mensagens Modbus. Estas mensagens contêm informações sobre que ação realizar e os dados necessários para essa ação.

Arquitetura básica do protocolo Modbus: Mensagens e funcionamento

A arquitetura do protocolo Modbus baseia-se numa estrutura de mensagens simples e coerente, independentemente do tipo de interface física utilizada. Esta flexibilidade permite que o mesmo protocolo seja utilizado em diferentes tipos de conexões, como RS232, RS485 ou Ethernet. Cada mensagem Modbus inclui quatro elementos básicos: endereço do dispositivo, função, dados e código de verificação de erros. Esta consistência facilita a análise e a depuração das comunicações, melhorando a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes.

Como conectar uma rede Modbus: passos e considerações

Para conectar uma rede Modbus, é essencial considerar vários factores, incluindo a conexão física, o mapeamento de registos e os parâmetros de comunicação. O Modbus RTU utiliza conexões seriais RS485 ou RS232, enquanto o Modbus TCP emprega redes Ethernet. É crucial obter a documentação do fabricante para compreender como se devem direccionar os registos e definir os parâmetros de comunicação adequados, como a velocidade em bauds e a identificação do escravo.

Vantagens de utilizar Modbus na automação industrial

O protocolo Modbus oferece inúmeras vantagens em aplicações de automação industrial, incluindo a sua arquitectura simples mas eficaz, a sua facilidade de integração e a sua alta fiabilidade. A estrutura mestre-escravo do Modbus RTU permite uma comunicação eficiente, enquanto o Modbus TCP oferece uma velocidade de dados elevada e uma conectividade quase ilimitada em redes Ethernet. A simplicidade da sua implementação e a ausência de custos de licença contribuíram para a sua adoção generalizada na indústria.

Limitações e desafios do protocolo Modbus

Apesar das suas numerosas vantagens, o protocolo Modbus também apresenta algumas limitações. Por exemplo, o Modbus RTU tem capacidades de diagnóstico limitadas e requer uma fonte de alimentação independente para os dispositivos. O Modbus TCP, embora mais avançado, foi desenvolvido numa época em que os tipos de dados eram menos complexos, o que limita a sua capacidade de lidar com objetos binários grandes e outros tipos de dados modernos. Além disso, a estrutura mestre-escravo do Modbus pode ser menos eficiente em aplicações que requerem comunicação bidireccional simultânea.

Integração de Modbus com os carregadores de carros elétricos V2C

A integração do protocolo Modbus nos nossos carregadores de carros elétricos V2C permite uma comunicação eficiente e fiável com outros dispositivos do sistema de carregamento, como inversores e contadores inteligentes.

Por exemplo, o ponto de carregamento Trydan utiliza o Modbus RTU para operar remotamente e obter dados de contadores inteligentes, facilitando a gestão do carregamento e a integração com sistemas fotovoltaicos. Esta capacidade de comunicação avançada melhora a eficiência e a segurança dos sistemas de carregamento de veículos elétricos, garantindo um desempenho ótimo e uma melhor experiência para os utilizadores.

Recomendamos que consulte a nossa área de Integração fotovoltaica para Trydan, onde pode encontrar todos os dispositivos com os quais pode fazer uma integração com Trydan.

Agora também pode conectar os nossos carregadores Pole Pro com Modbus TCP, uma solução projetada para oferecer o máximo controle e eficiência na gestão da carga elétrica.

Modbus una herramienta esencial en la industria del futuro

Modbus: uma ferramenta essencial na indústria do futuro

O protocolo Modbus é uma ferramenta essencial na automação industrial, oferecendo uma comunicação eficiente e fiável entre dispositivos eletrónicos. A sua adoção em aplicações de carregamento de veículos elétricos demonstra a sua versatilidade e capacidade para melhorar a eficiência e segurança dos sistemas de carregamento. Em resumo, o Modbus é uma opção popular e eficaz para a comunicação em redes industriais, graças à sua simplicidade, flexibilidade e alto grau de interoperabilidade.